كنترل مود لغزشي- فازي ربات با مفاصل انعطاف پذير

Sliding mode fuzzy control for flexible-joint robot manipulators

ربات هاي با مفاصل انعطاف پذير داراي ديناميك پيچيده اي هستند كه ناشي از غيرخطي بودن، عدم قطعيت و انعطاف در مفاصل است. در روش كنترلمودلغزشي مرسوم براي ربات هاي با مفاصل انعطاف پذير از راهبرد كنترل گشتاور استفاده مي شود كه داراي چند ايراد است. به خاطر پيچيدگي ديناميك ربات، قانون كنترل پيچيده شده و تعيين توابع محدوديت دشوار است. بعلاوه، ديناميك عملگرها در قانون كنترل ديده نمي شود كه عملكرد كنترل را در سرعت هاي بالا تضعيف مي نمايد. پديده لرزش كنترل نيز رخ مي دهد كه ديناميك‌هاي مدل نشده را تحريك مي كند. برايغلبه بر اين ايرادها، طرح جديد كنترل مود لغزشي-فازي ربات از نوع كنترل جداگانه هر مفصل در اين مقاله ارايه مي شود. اين طرح از تخمين گر فازي تطبيقي براي تقريب تابع استفاده كرده و نيازمند محاسبه توابع محدوديت نمي باشد و پديده لرزش كنترل را كاهش مي دهد. هم چنين، از راهبرد كنترل ولتاژ استفاده مي‌نمايد كه نسبت به راهبرد كنترل گشتاور، ساده‌تر و عملكرد بهتري دارد. نوآوري ديگر اينكه بجاي روش مرسوم كنترل دو حلقه‌اي ربات از كنترل يك حلقه اي استفاده مي شود. پايداري سيستم كنترل اثبات مي شود و عملكرد روش كنترل پيشنهادي با روش كنترل فازيPIبهبود يافته مقايسه شده است. نتايج شبيه سازي روي بازوي ربات هنرمند با مفاصل انعطاف پذير برتري روش پيشنهادي را نشان داده مي شود.

Flexible-joint robots have complex dynamics due to the nonlinearity, uncertainty, and flexibility in joints. The conventional sliding mode control for flexible-joint robots is based on the torque control strategy which has a few drawbacks. Because ofcomplexity of the robot dynamics, the control law becomes complex and determining the bounding functions is difficult. In addition, dynamics of actuators are not considered in the control law; thereby the control performance is degraded. Moreover, the chattering problem occurs which excites the unmodeled dynamics. In order to overcome these problems, a novel sliding mode fuzzy control design for robots is presented in this paper. This design employs an adaptive fuzzy estimator for function approximation and has no need to calculate the bounding functions. The chattering phenomenon is reduced, as well. The controller is based on the voltage control strategy which is simpler and more effective than the torque control strategy. Another novelty is that the controller has only one control loop whereas the conventional control approach uses two control loops. Stability of the control system is proven and efficiency of the proposed control law and its superiority over the conventional sliding mode control are shown through simulations on the flexible-joint articulated robot manipulator.